DE19812926A1

DE19812926A1 - Werkzeugmaschinenführung

Info

Publication number: DE19812926A1
Application number: DE1998112926
Authority: DE
Inventors: Volker Thomas; Christian Harzbecker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: DE19812926B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenführung mit mindestens zwei sich parallel zueinander erstreckenden Führungselementen, die an einem Werkzeugmaschinenbett befestigt sind. Um eine Werkzeugmaschinenführung zu schaffen, mit der eine Korrektur von Führungsfehlern auf einfache Weise, jedoch mit hoher Genauigkeit möglich ist, wird mit der vorliegenden Erfindung mindestens ein Ausgleichsstück (22) vorgeschlagen, das zwischen dem Werkzeugmaschinenbett (2) und zumindest einem der Führungselemente (16) angeordnet ist, wobei zwischen dem Ausgleichsstück (22) und dem Werkzeugmaschinenbett (2) und/oder dem Führungselement (16) eine Keilfläche (26) ausgebildet ist (Fig. 2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenführung mit mindestens zwei sich parallel zueinander erstreckenden Führungselementen, die an einem Werk zeugmaschinenbett befestigt sind.

Werkzeugmaschinenführungen dienen der Führung der Bewegung der Supporte und Arbeitstische von Werkzeugmaschinen. Die Führungen zählen zu den wichtigsten Bauelementen im Kraftfluß einer Werkzeugmaschine und dienen der Aufnahme und Weiterleitung der äußeren Kräfte und der eindeutigen Bestimmung der Bewegungs richtung. Außerdem müssen die Führungen die Zuordnung einer geometrisch be stimmten Lage zwischen Werkzeug und Werkstück sicherstellen. Als Führungsele mente werden Bauteile eingesetzt, die eine genaue Führung einer translatorischen Bewegung erlauben. Hierzu zählen beispielsweise Führungsbuchsen. Im Hinblick auf eine genaue Führung einer translatorischen Bewegung über weite Strecken werden jedoch Führungsschienen als Führungselemente bevorzugt. Die Führung zwischen dem Support bzw. dem Arbeitstisch einerseits und dem Werkzeugmaschinenbett an dererseits kann gleitend, wälzend oder hydrostatisch erfolgen. Die Auswahl der Füh rungsart hängt insbesondere von den Bearbeitungsgeschwindigkeiten und den zu übertragenden Kräften ab.

Zur Durchleitung des Kraftflusses stützen sich die Führungselemente an mindestens einer, ggf. zwei starren, an dem Werkzeugmaschinenbett ausgebildeten Anschlagflä chen ab. Eine ungenaue Lagerung der Führungselemente an dem Werkzeugmaschi nenbett wirkt sich auf die Führungsgenauigkeit des Supports bzw. des Arbeitstisches und somit auf die Genauigkeit der Bearbeitung des Werkstückes in der Werkzeugma schine aus. Zur Korrektur von Führungsfehlern kann durch eine schnell reagierende, präzise Steuerung die Lage des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück verändert werden. Eine derartige Steuerung erfordert jedoch einen erheblichen elektronischen Steuerungs- und Regelungsaufwand. Eine Korrektur der Lage zwischen Werkzeug und Werkstück zum Ausgleich von Führungsfehlern der Werkzeugmaschinenführung unter Beibehaltung der relativ starren Anordnung kann somit nicht oder nur mit hohem konstruktiven Aufwand bewirkt werden, wobei eine massive Abstützung von Werk stück und Werkzeug dem Erfordernis einer kurzen Reaktionszeit zur Korrektur von Führungsfehlern grundsätzlich entgegensteht.

Andererseits ist eine Nachbearbeitung der an dem Werkzeugmaschinenbett ausge bildeten Anschlagflächen für die Führungselemente zur Korrektur von Führungsfeh lern aufwendig. Die Führungselemente müssen zunächst montiert und die Abwei chungen vom gewünschten Führungsverhalten erfaßt werden. Danach müssen die Führungselemente demontiert werden, um eine Nachbearbeitung der Anschlagfläche zu ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschinen führung zu schaffen, die derart ausgestaltet ist, daß eine Korrektur von Führungsfeh lern auf einfache Weise, jedoch mit hoher Genauigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Werkzeugmaschinenführung der eingangs genannten Art mit mindestens einem Ausgleichsstück, das zwischen dem Werkzeugmaschinenbett und zumindest einem der Führungselemente angeordnet ist, wobei zwischen dem Ausgleichsstück und dem Werkzeugmaschinenbett und/oder dem Führungselement eine Keilfläche ausgebildet ist, gelöst.

Durch das zumindest eine Ausgleichsstück ist es möglich, Führungsfehler der Werk zeugmaschinenführung zu korrigieren. Zur Korrektur von Führungsfehlern ist es nicht erforderlich, das oder die Führungselemente vollständig zu demontieren. Da bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenführung zwischen dem Ausgleichsstück und dem Werkzeugmaschinenbett und/oder dem Führungselement eine Keilfläche aus gebildet ist, ist es lediglich erforderlich, die Verbindung zwischen dem oder den Füh rungselementen und dem Werkzeugmaschinenbett soweit aufzuheben, daß der Füh rungsfehler durch Verschiebung entlang der Keilfläche korrigiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenführung eignet sich insbesondere für Werkzeugmaschinen. Die Anordnung des Ausgleichsstücks ermöglicht eine Korrektur von Führungsfehlern, wobei nach erfolgter Korrektur der Führungsfehler das Füh rungselement unter Zwischenlage des Ausgleichsstücks fest und starr mit dem Werk zeugmaschinenbett verbunden werden kann, um die mitunter hohen, bei der Bearbei tung wirkenden Kräfte über die Führung in das Werkzeugmaschinenbett einzuleiten.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Ausgleichsstück eine erste und eine zweite, sich an dem Werkzeugmaschinenbett abstützende Anlagefläche auf. Durch die beiden Anlageflächen ist das Ausgleichs stück sicher gegenüber dem Werkzeugmaschinenbett festgelegt. Eine derart sichere Festlegung verbessert die genaue Führung über das Führungselement und verhin dert wirkungsvoll eine Verschiebung des Ausgleichsstücks unter dauerhafter Bean spruchung.

Zur konstruktiven Vereinfachung wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die erste Anlagefläche des Ausgleichs stücks die Keilfläche umfaßt. Die Keilfläche ist demnach unmittelbar an dem Aus gleichsstück ausgebildet. Das Ausgleichsstück stützt sich somit über die Keilfläche unmittelbar an dem Werkzeugmaschinenbett ab. Durch diese vorteilhafte Ausgestal tung wird die Anzahl der zur Korrektur von Führungsfehlern notwendigen Teile ver mindert. Dadurch werden die Herstellungskosten verringert. Darüber hinaus ergibt sich hierdurch eine Verringerung der Setzbeträge, was zu einer besseren Einstellung der Lagegenauigkeit des Führungselementes führt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Keilfläche und die zweite Anlagefläche mit einem Winkel von 80° bis 89°, vor zugsweise von 85° bis 88° zueinander ausgerichtet. Diese bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenführung erlaubt eine Feinjustierung der Lage des Führungselementes durch Verschieben entlang der Keilfläche. In den vor stehend genannten Winkelbereichen bewirkt eine Verschiebung des Ausgleichs stücks entlang der Keilfläche lediglich eine geringe Lageänderung beim Führungs element, so daß auch kleinste Führungsfehler durch Feinjustierung korrigiert werden können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Spannelement vorgesehen, durch das das Führungselement an dem Ausgleichsstück unter Vorspannung gehalten ist. Durch diese Maßnahme werden sich nach Durchfüh rung der Korrektur von Führungsfehlern ergebende Setzbeträge vermieden. Da das Führungselement durch das Spannelement unter Vorspannung an dem Ausgleichs stück gehalten ist, ergeben sich bei einer nachfolgenden Belastung des Führungse lementes keine Relativbewegungen des Führungselementes und/oder des Aus gleichsstücks zu dem Werkzeugmaschinenbett. Außerdem verhindert die Vorspan nung, daß sich das Führungselement in entlasteten Abschnitten von dem Aus gleichsstück abhebt, wodurch eine hohe Führungsgenauigkeit auch bei großer Ma schinenlänge, d. h. bei entsprechend großer Länge des Führungselementes in Bear beitungsrichtung möglich ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Spannelement auf einfache Weise durch eine Pratze gebildet, die einerseits an dem Werkzeugmaschinenbett und andererseits an dem Führungselement abgestützt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an dem Werkzeugmaschinenbett eine erste Anschlagfläche ausgebildet, an der das Füh rungselement und das Ausgleichsstück abgestützt ist. Dementsprechend muß an dem Werkzeugmaschinenbett lediglich eine gemeinsame Anschlagfläche für das Füh rungselement und das Ausgleichsstück ausgebildet werden, was die Herstellungsko sten für das Werkzeugmaschinenbett verringert. Durch die Abstützung des Führungs elementes und des Ausgleichsstückes an einer gemeinsamen Anschlagfläche wird außerdem die geometrische Zuordnung der beiden Teile zueinander auf einfache Weise sichergestellt. Da sowohl das Führungselement als auch das Ausgleichsstück über die erste Anschlagfläche flächig an dem Werkzeugmaschinenbett anliegen, kann der Kraftfluß unter Vermeidung von hohen Spannungen flächig von dem Support bzw. dem Arbeitstisch auf das Werkzeugmaschinenbett übertragen werden.

Eine genaue Abstützung des Führungselementes und des Ausgleichsstücks, die die vorstehend genannten Vorteile bietet und außerdem eine Korrektur von Führungsfeh lern auf einfache Weise erlaubt, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorlie genden Erfindung dadurch gebildet, daß das Führungselement relativ zu der ersten Anschlagfläche verschiebbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird die rechtwinklig zur ersten Anschlagfläche verlaufende Kraft über das Ausgleichsstück in das Werkzeug maschinenbett eingeleitet. Dementsprechend weist das Werkzeugmaschinenbett vor zugsweise eine zweite Anschlagfläche auf, an der die zweite Anlagefläche des Aus gleichsstücks zur Einleitung dieser Kraftkomponente des Kraftflusses flächig abge stützt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine, und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts X gemäß Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Werkzeugmaschine eine Drehmaschine dargestellt, auf deren Werkzeugmaschinenbett 2 ein Support 4 in Längsrichtung eines Werkstücks 6 über zwei Führungen 8, 10 geführt ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Führung 8 durch eine Führungsleiste 12 gebil det, die über eine an dem Werkzeugmaschinenbett 2 ausgebildete Anschlagfläche 14 an diesem anliegt und über nicht dargestellte Schrauben mit diesem verschraubt ist. Als weitere Führung 10 ist eine Prismenführung vorgesehen, die eine Prismenschiene 16 umfaßt und die, wie nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 ausführlicher erläutert wird, eine Korrektur von Führungsfehlern erlaubt.

Über die Führungsleiste 12 und die Prismenschiene 16 ist der Support 4 in Längsrich tung des Werkstücks 6 verschieblich geführt. Der Support 4 weist weiterhin Führun gen auf, durch die ein Werkzeughalter 18 in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Werkstücks 6 verschieblich ist.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt X vergrößert gezeigt. Das Ausgleichs stück 22 weist weiterhin eine zweite Anlagefläche 26 auf, die vorliegend als Keilfläche ausgebildet ist. Die erste Anlagefläche 24 und die zweite Anlagefläche 26 sind mit ei nem Winkel von etwa 85° zueinander ausgerichtet, wobei diese Ausrichtung vorlie gend derart ausgestaltet ist, daß die beiden Flächen einen Winkel α von 95° zwischen sich einschließen. In gleicher Weise schließen die an dem Werkzeugmaschinenbett ausgebildeten Anschlagflächen, d. h. die erste Anschlagfläche 20 sowie eine zweite Anschlagfläche 28 zwischen sich einen Winkel von 95° ein.

Gegenüberliegend zu der zweiten Anlagefläche 26 weist das Ausgleichsstück 22 eine Fläche 30 auf, an der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Prismenschiene 16 unmittelbar anliegt, wobei vorliegend die Fläche 30 und die erste Anlagefläche 24 zwi schen sich einen Winkel von 90° einschließen.

Die Prismenschiene 16 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Pratze 32 mit Vorspannung an dem Ausgleichsstück 22 gehalten. Hierzu ist die Pratze 32 über eine nicht dargestellte Schraube mit dem Werkzeugmaschinenbett 2 verbunden und stützt sich mit ihrem einen Ende an dem Werkzeugmaschinenbett 2 und mit ih rem anderen Ende gegenüberliegend dem Ausgleichsstück 22 an der Prismenschie ne 16 ab.

Die Prismenschiene 16 sowie das Ausgleichsstück 22 sind mit nicht dargestellten Schrauben an dem Werkzeugmaschinenbett 2 festgeschraubt, wobei diese Schrau ben in etwas größeren Bohrungen aufgenommen sind, die eine Bewegung des Aus gleichsstücks 22 bzw. der Prismenschiene 16 zur Korrektur von Führungsfehlern er lauben.

Die Korrektur von Führungsfehlern wird wie folgt durchgeführt:
Der Support 4 wird auf den Führungen 8, 10 geführt verschoben. Sofern dabei in axialer Richtung der Führungen 8, 10 eine unzulässige Abweichung c gemessen wird, die vorliegend zwischen der Spitze eines Werkzeugs 34 und der Achse des Werk stücks 6 angegeben ist (vgl. Fig. 1), erfolgt eine Korrektur der Lage der Prismenschie ne 16 parallel zur ersten Anschlagfläche 20 um die Lageänderung X. Mit a als Ab stand der Führungen 8, 10 zueinander und b als Abstand der Führungsleiste 12 zu der Achse des Werkstücks 6 ergibt sich nach dem Strahlensatz X = a × c/b. Diese Lageänderung X wird durch Bearbeitung der parallel zur Richtung der Korrekturbewe gung angeordneten ersten Anlagefläche 24 nach Lockern der die Pratze 32 und die Prismenschiene 16 und Lösen der das Ausgleichsstück 22 haltenden Schrauben und Ausbau des Ausgleichsstücks 22 bewirkt. Aufgrund der trigonometrischen Verhältnis se wird die Abmessung des Ausgleichsstücks in einer Richtung rechtwinklig zur ersten Anlagefläche um die Stärke d durch Bearbeitung verringert, mit d = X/tan α.

Äußerst geringe Abnahmestärken d und somit eine Feinjustierung der Lage der Pris menschiene 16 im Bereich des entsprechenden Ausgleichsstücks 22 können dadurch erzielt werden, daß die erste Anlagefläche fein bearbeitet, beispielsweise geschliffen wird. Nach Einbau des derart bearbeiteten Ausgleichsstücks 22 hat sich die Lage der freien, der ersten Anlagefläche 20 gegenüberliegenden Fläche des Ausgleichsstücks 22 um einen Betrag d zu der ersten Anschlagfläche 20 verlagert. Durch diese Verla gerung wird die an der Prismenschiene 16 anliegende Fläche 30 um einen Betrag X = d × tan α in Richtung auf die Prismenschiene 16 verschoben.

Aufgrund der Wahl des Winkels α in der Nähe von 90° kann eine Feinjustierung der Lage der Prismenschiene 16 bewirkt werden, um einen Führungsfehler, im vorliegen den Fall die nicht zulässige Abweichung c, zu korrigieren. Dabei ist es gleichgültig, ob diese unzulässige Abweichung c durch die Führungsleiste 12 oder die Prismenschie ne 16 verursacht worden ist, oder gar durch sich kumulierende Lageabweichungen der beiden Führungen 8, 10. Nach erfolgter Korrektur des Führungsfehlers wird die Prismenschiene 16 durch Festschrauben der Pratze 22 erneut gegen das Aus gleichsstück 22 vorgespannt. Das Ausgleichsstück 22, die Pratze 32 sowie die Pris menschienen 16 werden an dem Werkzeugmaschinenbett 2 festgeschraubt, so daß die Prismenschiene 16 in ihrer Lage relativ zu dem Werkzeugmaschinenbett 2 festge legt ist.

In der vorstehend beschriebenen Weise können sämtliche Führungsfehler entlang des Führungsweges der Führungen 8, 10 durch Bearbeiten der jeweiligen, in Längs richtung der Führung 10 hintereinander angeordneten Ausgleichsstücke 22 ausgegli chen werden. Die beschriebene Korrektur von Führungsfehlern läßt sich einfach, je doch mit hoher Genauigkeit durchführen. Nach erfolgter Korrektur ergibt sich eine si chere und starre Anlage der Prismenschiene 16 an dem Werkzeugmaschinenbett 2.

Dies ist bei Werkzeugmaschinen wesentlich, da hier in der Regel Werkstück und Werkzeug mit hoher Steifigkeit geführt werden müssen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Selbstverständlich kann auch die Führungsleiste 12 zur Korrektur von Führungsfeh lern unter Zwischenlage von Ausgleichsstücken an dem Maschinenbett anliegen. Al ternativ zu der im vorliegenden Fall als Spannelement ausgebildeten Pratze können anderen Spannelemente, wie beispielsweise federelastische Spannelemente oder dergleichen vorgesehen sein. Die gezeigte Pratze weist jedoch den Vorteil auf, daß die Führungsschiene durch die Pratze mit hoher Vorspannkraft an das Werkzeugma schinenbett unter Zwischenlage des Ausgleichsstücks unter Vorspannung angelegt werden kann. Weiterhin kann auch die an dem Führungselement anliegende Fläche 30 mit einem von 90° verschiedenen Winkel zu der ersten Anschlagfläche 20 ausge bildet sein. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht die positive oder negative Über lagerung von Lageänderungen, die sich aufgrund der Verschiebung des Ausgleichs stücks durch Abnahme an der ersten Anlagefläche ergibt, wobei diese Überlagerung zur genauen Einstellung der Lage des Führungselementes genutzt werden kann.

Bezugszeichenliste

2

Werkzeugmaschinenbett

4

Support

6

Werkstück

8

Führung

10

Führung

12

Führungsleiste

14

Anschlagfläche

16

Prismenschiene

18

Werkzeughalter

20

erste Anschlagfläche

22

Ausgleichsstück

24

erste Anlagefläche

26

zweite Anlagefläche

28

zweite Anschlagfläche

30

Fläche

32

Pratze

34

Werkzeug

Claims

1. Werkzeugmaschinenführung mit mindestens zwei sich parallel zueinan der erstreckenden Führungselementen (12; 16), die an einem Werkzeugmaschinen bett (2) befestigt sind, gekennzeichnet durch mindestens ein Ausgleichsstück (22), das zwischen dem Werkzeugmaschinenbett (2) und zumindest einem der Führungse lemente (16) angeordnet ist, wobei zwischen dem Ausgleichsstück (22) und dem Werkzeugmaschinenbett (2) und/oder dem Führungselement (16) eine Keilfläche (26) ausgebildet ist.

2. Werkzeugmaschinenführung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ausgleichsstück (22) eine erste und zweite, sich an dem Werk zeugmaschinenbett (2) abstützende Anlagefläche (24; 26) aufweist.

3. Werkzeugmaschinenführung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Anlagefläche die Keilfläche (26) umfaßt.

4. Werkzeugmaschinenführung Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilfläche (26) und die zweite Anlagefläche (24) mit einem Winkel von 80° bis 89°, vorzugsweise von 85° bis 88° zueinander ausgerichtet sind.

5. Werkzeugmaschinenführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß ein Spannelement vorgesehen ist, durch das das Füh rungselement (16) an dem Ausgleichsstück (22) unter Vorspannung gehalten ist.

6. Werkzeugmaschinenführung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Spannelement durch eine mit dem Werkzeugmaschinenbett (2) verbundene Pratze (32) gebildet ist, die einerseits an dem Werkzeugmaschinenbett (2) und andererseits an dem Führungselement (16) abgestützt ist.

7. Werkzeugmaschinenführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß an dem Werkzeugmaschinenbett (2) eine erste An schlagfläche (20) ausgebildet ist, an der das Führungselement (16) und das Aus gleichsstück (22) flächig abgestützt sind.

8. Werkzeugmaschinenführung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Führungselement (16) relativ zu der ersten Anschlagfläche (20) verschiebbar ist.